地下室抗浮设计的探讨与思考

地下室抗浮设计的探讨与思考一、抗浮设计的基本原理水对地下建筑物的浮力大小遵循阿基米德原理，水对物体的浮力等于物体排开同体积水的重量。同时水的浮力作用也遵循连通管原理，即不同截面尺寸的各连通管水位等高，且压强相等。因此，当地下建筑物与周围介质间存在薄层自由水膜时，无论水的性质是潜水、上层滞水或承压水，即可产生强度为γh的浮力（γ为水的重度，h为建筑物基底以上的水深），当水浮力强度大于地下建筑物单位面积的重量时，建筑物即可浮起，当水不断补充时，建筑物将不断上浮，所以，建筑物浮起是一个渐进过程。水量的大小只是控制着建筑物上浮速度和上浮量，而水位高低则是控制建筑物上浮的基本要素。二、抗浮设计的方法三、抗浮设计的流程四、如何确定抗浮水位省标《建筑地基基础设计规范》5.1.4条规定“地下水的设防水位应取建筑物设计使用年限内（包括施工期）可能产生的最高水位”，“如果岩土勘察报告中没有提供地下水的最高水位时，地下水设防水位可取建筑物室外地坪标高”。行业标准《高层建筑岩土工程勘察规程》8.6.2条规定“当有长期水位观测资料时，场地抗浮设防水位可采用实测最高水位；当无长期水位观测资料或资料缺乏时，按勘察期间实测最高稳定水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定”。其条文说明中指出“我国南方滨海和滨江地区，经常发生街道浸水现象，抗浮设防水位可取室外地坪标高”。规范规定行业标准《高层建筑岩土工程勘察规程》8.6.5条规定“地下水在稳定水位作用下所受的浮力应按静水压力计算，对临时高水位作用下所受的浮力，在粘性土地基中可以根据经验适当折减”。其条文说明指出“即使地下室底板直接和基岩接触的情况，由于基岩总是总在节理和裂隙等，且混凝土与基岩接触面也存在微裂隙，静水压力也不宜折减”。行业标准《高层建筑岩土工程勘察规程》8.6.4条规定“对位于斜坡地段的地下室或其他可能产生明显水头差的场地上的地下室进行抗浮设计时，应考虑地下水渗流在地下室底板产生的非均布荷载对地下室结构的影响”。五、关于抗拔锚杆设计方法讨论（一）锚杆杆体的截面面积的确定1.依据《岩土锚杆（索）技术规程》（CECS22：2005）说明：以下讨论均假定假定锚杆抗拔承载力设计值为Nt=600KN2.依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）3.分析比较（二）锚杆锚固端长度（入岩深度）的确定（假定全部入微风化泥质粉砂岩）1.依据《岩土锚杆（索）技术规程》2.依据省标《建筑地基基础设计规范》3.总结六、关于抗拔桩的裂缝控制标准和计算方法讨论挖孔桩桩身大样依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008二a环境类别是指“室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境”。根据上述规定可以推断：处于稳定水位以下与无侵蚀性的水或土壤接触的桩可以按0.3mm裂缝控制。依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002根据上表可推断：抗拔桩裂缝应按0.2mm控制。依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-200310.2.7条第4款明确规定“对受长期水平荷载或抗拔桩，应验算桩身的裂缝宽度，其最大裂缝宽度不应大于0.2mm”。依据国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007-20028.5.8条明确规定“当基桩承受拔力时，应对桩基进行抗拔验算及桩身抗裂验算”。但该规范未明确裂缝宽度按0.2mm还是0.3mm控制。各规范规定对比分析规范《砼规》《省基》《国基》《新桩》裂缝宽度0.2mm0.2mm未明确0.3或0.2个人观点：赞同《新桩基》的规定。如珠江新城地区地下水对钢筋混凝土无腐蚀性，当地下室较深时，基桩肯定是一致处于稳定水位以下，因此可以按0.3mm裂缝宽度控制，没有必要按0.2mm裂缝控制。抗拔桩裂缝宽度的计算方法《砼规》8.1.2条规定“计算裂缝宽度时应按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度”，且条文说明中指出“考虑了短期裂缝宽度的扩大系数”。因此，个人认为：计算抗拔桩的桩身裂缝宽度时，不能采用最高水头，而应采用“正常使用时的地下水位（而不是某一两次下暴雨后的水位）”。当然这个正常使用的时的水位不容易确定，但显然这个水位比最高水位要低一些。采用最高水位进行抗拔桩裂缝宽度验算是不合理和不经济的。某抗拔桩裂缝计算对比分析假定某抗拔桩直径D=1200mm，最高水头产生的抗拔桩拉力N=5000KN，常水头产生的抗拔桩拉力N=4000KN，桩长已满足设计要求，下面采用不同的水头和不同的裂缝控制标准进行桩身配筋设计。钢筋采用HRB335，混凝土采用C30.根据下表分析可以看出，当按常水位进行0.3mm裂缝宽度计算得到钢筋与按最高水头按承载力计算并考虑钢筋腐蚀影响所得的钢筋一致。按N=5000KN进行轴心受拉构件承载力设计按N=5000KN进行轴心受拉构件0.2mm裂缝宽度验算按N=5000KN进行轴心受拉构件0.3mm裂缝宽度验算按N=4000KN进行轴心受拉构件0.3mm裂缝宽度验算需要34根25mm；考虑腐蚀，加大一级，为34根28mm。52根28mm41根28mm34根28mm结论抗拔桩承载力设计和正常使用（裂缝宽度）应分别最高水头和正常使用阶段水头，裂缝计算也采用最高水头是不合理和不经济的。抗拔桩裂缝宽度限值应根据地下水腐蚀性情况和地下水位变化情况确定是0.2还是0.3mm。不分情况均按0.2mm控制是不合适的，会造成不必要的浪费。当地下水无腐蚀性且地下室较深时，按承载力计算并考虑腐蚀提高一级直径后钢筋量应与按0.3裂缝宽度计算所得的钢筋量基本一致。七、工程实例分析（一）保利威座大厦（二）广州时代湾广场（三）汇美大厦G-02谢谢大家！